步進電機的工作原理   

    步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。

   步進電動機的種類

    一、反應式步進電動機(VR)

    結(jié)構(gòu)簡單、步距角小，轉(zhuǎn)子開有牙槽，與定子上的牙槽對應。

   反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

    二、永磁式步進電動機(PM)

    轉(zhuǎn)矩大，步距角也大，較節(jié)能。

   永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；

    三、混合式步進電動機(HB)

   混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。

    綜合上面兩種步進電動機的優(yōu)點，輸出轉(zhuǎn)矩大，步距角小，能耗小，運行頻率高，是現(xiàn)在市場上的主流步進電動機。

    轉(zhuǎn)子軸向最里層是稀土材料制成的永磁體，其外面包圍一圈可磁化的硅鋼片，硅鋼片外圓開有牙槽，轉(zhuǎn)子軸向兩端分別為S極和N極，S極牙槽與N極牙槽錯開位置，對定子產(chǎn)生推力和拉力。定子上也開有牙槽與轉(zhuǎn)子牙槽對應。

步距角=180/（定子繞組相數(shù)*轉(zhuǎn)子齒數(shù)）

    步進電機控制原理（開環(huán)控制）

    PLC或上位機發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、電動機運行方向信號給到步進驅(qū)動器，步進驅(qū)動器驅(qū)動步進電動機運轉(zhuǎn)，步進電動機帶動機械部分運動。步進電動機沒有反饋位置信號給步進驅(qū)動器。

    優(yōu)點：步進驅(qū)動器驅(qū)動的步進電動機的選型范圍廣，設置簡單，易調(diào)節(jié)，較便宜。

    缺點：丟步，定位不準。

    步進電機控制原理（閉環(huán)控制）

    隨著技術(shù)的發(fā)展，步進電動機也有安裝編碼器的，反饋位置信號到步進驅(qū)動器，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，也有的資料叫做步進伺服控制系統(tǒng)。同樣PLC或上位機發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、電動機運行方向信號給到步進驅(qū)動器，步進驅(qū)動器驅(qū)動步進電動機運轉(zhuǎn)，步進電動機帶動機械部分運動。

    步進伺服控制系統(tǒng)解決了步進電機開環(huán)控制時的丟步問題，提高了定位控制的精度（由編碼器分辨率決定，不會比伺服電機的精度高）。

        步進驅(qū)動器的電路種類:

    步進驅(qū)動器是為步進電動機服務的，作用是使步進電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，分為兩種電路：

    一、單極驅(qū)動器電路

步進驅(qū)動器所用的電源為直流電源，步進驅(qū)動器輸出給步進電動機線圈的直流電流為單方向：如A BCD。

    二、雙極驅(qū)動器電路

    步進驅(qū)動器所用的電源為直流電源，步進驅(qū)動器輸出給步進電動機線圈的直流電流為正反方向交替：如A B-A-B。

     步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語

   a. 相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。

     b.拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一 個齒距角所需脈沖數(shù) 。

   c. 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。

     d. 定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以 及機械誤差造成的）。

   e. 靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。

     步進電機動態(tài)指標及術(shù)語

   a. 步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。

   b. 失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

     c. 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度 。

   d. 最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。

   e. 最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

   f. 運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性 。

    步進電機選型

   1. 步距角的選擇：電機的步距角取決于負載精度的要求 。

     2. 靜力矩的選擇：靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載 ，一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好 。

   3. 電流的選擇：由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流。

    步進電機的一些特點

    1. 一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。

    2. 步進電機外表允許的最高溫度一般在攝氏130度以上 。

    3. 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

    4. 步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于 一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。

    5. 步進電機應用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)。

   步進電機與控制器接線方法如下圖：